第7章 油中溶解氣體組分檢測(cè)技術(shù)

1、第7章 油中溶解氣體組分檢測(cè)技術(shù)本章內(nèi)容摘要 本章主要介紹了油中溶解氣體組分檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展歷程、基本原理，介紹了油中溶解氣體的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法、相關(guān)注意事項(xiàng)和標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)流程，以及如何應(yīng)用油中溶解氣體檢測(cè)結(jié)果分析充油設(shè)備的運(yùn)行狀況。目次第一節(jié) 油中溶解氣體分析技術(shù)概述3一、發(fā)展歷程3二、技術(shù)分類3三、應(yīng)用情況3第二節(jié) 油中溶解氣體分析技術(shù)基本原理5一、基本知識(shí)5二、油中溶解氣體產(chǎn)氣基本原理51.絕緣油的裂化產(chǎn)氣52.固體絕緣材料的裂化產(chǎn)氣63.充油高壓設(shè)備的故障氣體特征6三、油中溶解氣體分析方法原理71.氣相色譜法72.光聲光譜法7第三節(jié) 油中溶解氣體檢測(cè)及診斷方法9一、樣品采集91.取樣容器準(zhǔn)備92

2、.現(xiàn)場(chǎng)取油、氣樣方法93.油樣保存和運(yùn)輸114.注意事項(xiàng)11二、檢測(cè)方法111.從油中脫出溶解氣體112.氣體檢測(cè)12三、故障診斷技術(shù)161.故障診斷步驟162.有無(wú)故障的判斷173.故障類型判斷204.故障程度估算25第四節(jié) 典型案例分析29案例129案例230案例332案例432參考文獻(xiàn)：34第一節(jié) 油中溶解氣體分析技術(shù)概述一、發(fā)展歷程油中溶解氣體分析技術(shù)的發(fā)展是基于色譜法的發(fā)展。色譜法是1903年由俄國(guó)植物學(xué)家米哈伊爾.茨維特創(chuàng)立的，1952年馬?。ˋ.J.P.Martin)和辛格（R.L.M.Sgnge)及詹姆斯（A.T.James)等人在色譜法的基礎(chǔ)上首先建立氣相色譜法，奠定了油中溶

3、解氣體分析技術(shù)的基礎(chǔ)。至今雖僅有半個(gè)多世紀(jì)的歷史，由于其具有分離效能高、分析速度快、定量結(jié)果準(zhǔn)、易于自動(dòng)化等特點(diǎn)，已經(jīng)成為舉世公認(rèn)的重要近代分析手段之一。我國(guó)油中溶解氣體的分析始于20世紀(jì)60年代， 70年代后應(yīng)用范圍迅速擴(kuò)大，迄今已遍及全國(guó)。油中溶解氣體的分析一般不需要設(shè)備停電，而且對(duì)發(fā)現(xiàn)電力充油設(shè)備內(nèi)部故障的早期診斷非常靈敏、有效，為目前設(shè)備狀態(tài)性檢修提供了可靠地依據(jù)。目前，絕緣油中溶解氣體組分的測(cè)定的氣相色譜法、變壓器油中溶解氣體分析和潛伏性故障的診斷導(dǎo)則已作為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)在全國(guó)推廣實(shí)施。二、技術(shù)分類油中溶解氣體檢測(cè)技術(shù)按照工作原理分為氣相色譜色譜法、光聲光譜法、紅外光譜法等。按照

4、不同原理生產(chǎn)的檢測(cè)儀器分別稱為氣相色譜儀、光聲光譜儀、紅外光譜儀等。油中溶解氣體檢測(cè)技術(shù)按照使用方式可分為實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)技術(shù)、便攜式檢測(cè)技術(shù)和在線檢測(cè)技術(shù)。按照不同使用方式生產(chǎn)的檢測(cè)儀器分別稱為實(shí)驗(yàn)室色譜儀、便攜式色譜儀和色譜在線檢測(cè)裝置。三、應(yīng)用情況 20世紀(jì)70年代初，電力系統(tǒng)開始將油中溶解氣體分析技術(shù)應(yīng)用于變壓器內(nèi)部故障的早期診斷。多年來(lái)，隨著實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累，取樣、脫氣方法得以改進(jìn)，診斷方法方面也取得了很大發(fā)展，目前利用氣相色譜法檢測(cè)油中溶解氣體判斷設(shè)備內(nèi)部故障和監(jiān)視設(shè)備的運(yùn)行，可有效判斷設(shè)備老化、過(guò)熱、受潮、放電等早期故障，已成為充油電氣設(shè)備安全運(yùn)行不可缺少的重要手段。應(yīng)用電壓等級(jí)已涵蓋6

5、至1000千伏交直流設(shè)備；應(yīng)用設(shè)備類型包含變壓器、電抗器、電流互感器、電壓互感器及油紙?zhí)坠艿瘸溆驮O(shè)備，應(yīng)用過(guò)程貫穿于設(shè)備制造、安裝、運(yùn)行、退役全壽命周期監(jiān)督。第二節(jié) 油中溶解氣體分析技術(shù)基本原理一、基本知識(shí)分析油中溶解氣體的組分和含量是監(jiān)視充油電氣設(shè)備安全運(yùn)行的最有效的措施之一。該方法適用于充有礦物絕緣油和以紙或?qū)訅杭埌鍨榻^緣材料的電氣設(shè)備。主要監(jiān)測(cè)對(duì)判斷充油電氣設(shè)備內(nèi)部故障有價(jià)值的氣體，即氫氣（H2）、甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）乙烯（C2H4)、乙炔（C2H2）、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）。定義總烴為烴類氣體含量的總和，即甲烷、乙烷、乙烯和乙炔含量的總和。二、油中溶解氣體產(chǎn)氣

6、基本原理充油電氣設(shè)備所用材料包括絕緣材料、導(dǎo)體（金屬）材料兩大類。絕緣材料主要是絕緣油、絕緣紙、樹脂及絕緣漆等；金屬材料主要是銅、鋁、硅鋼片等材料。故障下產(chǎn)生的氣體也主要是來(lái)源于紙和油的熱解裂化。1.絕緣油的裂化產(chǎn)氣絕緣油是由許多不同分子量的碳?xì)浠衔锓肿咏M成的混合物，分子中含有CH3*、CH2*和CH*化學(xué)基團(tuán)，并由CC鍵鍵合在一起。由電或熱故障的結(jié)果可以使某些CH鍵和CC鍵斷裂，伴隨生成少量活潑的氫原子和不穩(wěn)定的碳?xì)浠衔锏淖杂苫?，這些氫原子或自由基通過(guò)復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)迅速重新化合，形成氫氣和低分子烴類氣體，如甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等，也可能生成碳的固體顆粒及碳?xì)渚酆衔铮╔-蠟）。故障初期，

7、所形成的氣體溶解于油中；當(dāng)故障能量較大時(shí)也可能聚集成游離氣體。低能量放電性故障，如局部放電，通過(guò)離子反應(yīng)促使最弱的鍵CH鍵（338kJ/mol）斷裂，主要重新化合成氫氣而積累。對(duì)CC健的斷裂需要較高的溫度（較多的能量），然后迅速以CC鍵（607kJmol）、CC鍵（720kJmol）和CC鍵（960kJmol）的形式重新化合成烴類氣體，依次需要越來(lái)越高的溫度和越來(lái)越多的能量。乙烯是在高于甲烷和乙烷的溫度（大約為500）下生成的（雖然在較低的溫度時(shí)也有少量生成）。乙炔一般在8001200 溫度下生成，而且當(dāng)溫度降低時(shí)，反應(yīng)迅速被抑制，作為重新化合的穩(wěn)定產(chǎn)物而積累。因此，大量乙炔是在電弧的弧道中產(chǎn)

8、生的。當(dāng)然在較低的溫度下（低于800）也會(huì)有少量乙炔生成。油起氧化反應(yīng)時(shí)，伴隨生成少量CO和CO2,并且C0和CO2能長(zhǎng)期積累，成為數(shù)量顯著的特征氣體。圖7-1 故障氣體的產(chǎn)生和故障溫度的關(guān)系2.固體絕緣材料的裂化產(chǎn)氣紙、層壓板或木塊等固體絕緣材料分子內(nèi)含有大量的無(wú)水右旋糖環(huán)和弱的CO鍵及葡萄糖甙鍵，它們的熱穩(wěn)定性比油中的碳?xì)滏I要弱，并能在較低的溫度下重新化合。聚合物裂解的有效溫度高于105，完全裂解和碳化高于300，生成水的同時(shí)，生成大量的CO和CO2及少量烴類氣體和呋喃化合物，同時(shí)油被氧化。CO和CO2的形成不僅隨溫度而且隨油中氧的含量和紙的濕度增加而增加。3.充油高壓設(shè)備的故障氣體特征絕

9、緣油里分解出的氣體形成氣泡，在油里經(jīng)對(duì)流、擴(kuò)散不斷地溶解在油中。這些故障氣體的組成和含量與故障的類型及其嚴(yán)重程度有密切關(guān)系。因此，分析溶解于油中的氣體就能盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部存在的潛伏性故障，并可隨時(shí)監(jiān)視故障的發(fā)展?fàn)顩r。不同的故障類型產(chǎn)生的主要特征氣體和次要特征氣體可歸納為表2-1。表7-1 不同故障類型產(chǎn)生的氣體故 障 類 型主要?dú)怏w組成次要?dú)怏w組成油過(guò)熱CH4，C2H4H2，C2H6油和紙過(guò)熱CH4，C2H4，CO，CO2H2，C2H6油紙絕緣中局部放電H2，CH4，COC2H2，C2H6，CO2油中火花放電H2，C2H2油中電弧H2，C2H2CH4，C2H4，C2H6油和紙中電弧H2，C2H

10、2，CO，CO2CH4，C2H4，C2H6注：進(jìn)水受潮或油中氣泡可能使氫含量升高在變壓器里，當(dāng)產(chǎn)氣速率大于溶解速率時(shí)，會(huì)有一部分氣體進(jìn)入氣體繼電器或儲(chǔ)油柜中。當(dāng)變壓器的氣體繼電器內(nèi)出現(xiàn)氣體時(shí)，分析其中的氣體，同樣有助于對(duì)設(shè)備的狀況做出判斷。三、油中溶解氣體分析方法原理實(shí)現(xiàn)油中溶解氣體故障分析的方法，目前主要采用氣相色譜法和光聲光譜法兩種方法。1.氣相色譜法色譜法（也稱色譜分析、色層法、層析法）：是一種物理分離方法，它利用混合物中各物質(zhì)在兩相間分配系數(shù)的差別，當(dāng)溶質(zhì)在兩相間做相對(duì)移動(dòng)時(shí)各物質(zhì)在兩相間進(jìn)行多次分配，從而使各組分得到分離。實(shí)現(xiàn)這種色譜法的儀器就叫色譜儀。圖7-2 混合氣體在色譜柱里的

11、分離色譜法的分離原理主要是，當(dāng)混合物在兩相間作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，樣品各組分在兩相間進(jìn)行反復(fù)多次的分配，不同分配系數(shù)的組分在色譜柱中的運(yùn)行速度就不同，滯留時(shí)間也就不一樣。分配系數(shù)小的組分會(huì)較快地流出色譜柱；分配系數(shù)愈大的組分就愈易滯留在固定相間，流過(guò)色譜柱的速度較慢。這樣，當(dāng)流經(jīng)一定的柱長(zhǎng)后，樣品中各組分得到了分離。當(dāng)分離后的各個(gè)組分流出色譜柱而進(jìn)入檢測(cè)器時(shí)，記錄儀就記錄出各個(gè)組分的色譜峰。色譜法具有：（）分離效能高、（）分析速度快、（）樣品用量少、（）靈敏度高、（）適用范圍廣等許多化學(xué)分析法無(wú)可與之比擬的優(yōu)點(diǎn)。主要檢測(cè)流程：來(lái)自高壓氣瓶或氣體發(fā)生器的載氣首先進(jìn)入氣路控制系統(tǒng)，把載氣調(diào)節(jié)和穩(wěn)定到所需要

12、流量與壓力后，流入進(jìn)樣裝置把樣品（油中分離出的混合氣體）帶入色譜柱，通過(guò)色譜柱分離后的各個(gè)組分依次進(jìn)入檢測(cè)器，檢測(cè)后檢測(cè)到的電信號(hào)進(jìn)過(guò)計(jì)算機(jī)處理后得到每種特征氣體的含量。2.光聲光譜法氣體光聲效應(yīng)是由氣體分子吸收電磁輻射（如紅外輻射等）所致，氣體分子按其特征吸收一定量電磁輻射后，導(dǎo)致氣體溫度上升，部分能量隨即以釋放熱能方式退激，并導(dǎo)致氣體及周圍介質(zhì)產(chǎn)生壓力波動(dòng)。若將氣體置于密閉容器內(nèi)，氣體的溫度變化則產(chǎn)生成比例的壓力波。首先是需要確定每種氣體特定的分子吸收光譜，從而可對(duì)紅外光源進(jìn)行波長(zhǎng)調(diào)制使其能夠激發(fā)某一特定氣體分子；其次則是確定氣體吸收能量后退激產(chǎn)生的壓力波強(qiáng)度與氣體濃度間的比例關(guān)系。因此，

13、通過(guò)選取適當(dāng)?shù)牟ㄩL(zhǎng)并結(jié)合檢測(cè)壓力波的強(qiáng)度，就不僅可驗(yàn)證各種氣體的存在，并可進(jìn)一步確定其濃度。甚至對(duì)某些混合物或化合物也可做出定性、定量分析，而這也正是光聲光譜技術(shù)的特點(diǎn)。使用光聲光譜技術(shù)檢測(cè)變壓器油中溶解氣體的基本原理如下:2.1光源輸出穩(wěn)定的紅外光，經(jīng)以一定頻率旋轉(zhuǎn)的調(diào)制盤調(diào)制，透過(guò)不同顏色的濾光片，產(chǎn)生周期性（照射與不照射）的窄帶光。2.2對(duì)采集到的變壓器油進(jìn)行動(dòng)態(tài)頂空脫氣，脫出的氣體經(jīng)氣路進(jìn)入到密封的容器。2.3利用調(diào)制出的周期性窄帶光對(duì)混合氣體進(jìn)行周期性的激發(fā)，利用不同氣體擁有特定的吸收波長(zhǎng)的特性，每一種經(jīng)調(diào)制的窄帶光可使某一種故障氣體周期性的受激退激，從而產(chǎn)生周期性的溫度變化，進(jìn)而導(dǎo)

14、致周期性的壓力變化。2.4利用氣室兩端的高靈敏度微音器（相當(dāng)于麥克風(fēng)）探測(cè)這種壓力的變化，將其轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，通過(guò)混合氣體濃度與電信號(hào)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系以及計(jì)算方法，得出某一種故障氣體的濃度。圖7-3 光聲光譜監(jiān)測(cè)原理圖總結(jié)以上原理，其檢測(cè)過(guò)程主要為兩方面，一個(gè)是通過(guò)使用不同的濾光片進(jìn)行選擇窄帶光，激發(fā)某一種氣體，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)故障氣體的定性檢測(cè)，即檢測(cè)為哪一種故障氣體；另一個(gè)是通過(guò)找到光聲效應(yīng)產(chǎn)生的電信號(hào)與氣體濃度間的關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)故障氣體的定量檢測(cè)，即檢測(cè)具體該種故障氣體的濃度。第三節(jié) 油中溶解氣體檢測(cè)及診斷方法油中溶解氣體組分檢測(cè)技術(shù)地主要步驟為充油電氣設(shè)備的樣品采集、從油中脫出溶解氣體、檢測(cè)各

15、氣體組分濃度、根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行故障識(shí)別和診斷。一、樣品采集1.取樣容器準(zhǔn)備1.1取油樣容器準(zhǔn)備1.1.1容器要求：應(yīng)使用密封良好且無(wú)卡塞的100mL玻璃注射器。1.1.2清洗方法方法一：取樣注射器使用前，按順序用有機(jī)溶劑(無(wú)水乙醇或石油醚)、自來(lái)水、蒸餾水洗凈，在105下充分干燥后，立即用密封膠帽蓋住頭部待用，保存在專用樣品箱內(nèi)。如果一次清洗多支注射器時(shí)，應(yīng)做好一一對(duì)應(yīng)標(biāo)識(shí)，防止混淆不配套。方法二：實(shí)驗(yàn)室應(yīng)備有10L左右經(jīng)檢測(cè)合格的新變壓器油(清洗油)，用于100ml玻璃注射器清洗。用注射器抽取20ml左右清洗油，蓋上密封膠帽，上下晃動(dòng)注射器幾次后將油排盡，重復(fù)以上操作5次，完畢后用干凈抹布將

16、注射器外表面搽干凈，立即用密封膠帽蓋住頭部待用，保存在專用樣品箱內(nèi)。1.2 取氣樣容器準(zhǔn)備1.2.1容器要求：應(yīng)使用密封良好且無(wú)卡塞的10mL玻璃注射器。1.2.2清洗方法：取樣注射器使用前，按順序用有機(jī)溶劑(無(wú)水乙醇或石油醚)、自來(lái)水、蒸餾水洗凈，在105下充分干燥后，立即用密封膠帽蓋住頭部待用，保存在專用盒子內(nèi)。如果一次清洗多支注射器時(shí)，應(yīng)做好一一對(duì)應(yīng)標(biāo)識(shí)，防止混淆不配套。2.現(xiàn)場(chǎng)取油、氣樣方法2.1準(zhǔn)備工作2.1.1根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工作時(shí)間和工作內(nèi)容填寫工作票，履行工作票許可手續(xù)。2.1.2正確佩戴好安全帽、進(jìn)入工作現(xiàn)場(chǎng),在工作地點(diǎn)懸掛“在此工作”標(biāo)示牌，檢查安全措施是否滿足工作要求，整齊擺放工

17、器具及取樣箱、取樣容器。2.1.3取樣標(biāo)簽2.1.3.1填寫樣品標(biāo)簽，完畢后粘貼在注射器上。2.1.3.2標(biāo)簽內(nèi)容：變電站名稱、設(shè)備名稱、取樣日期等。2.2取油樣步驟2.2.1取油樣部位：一般應(yīng)在設(shè)備底部取樣閥取樣，特殊情況下可以在不同位置取樣。2.2.2取油樣前應(yīng)確認(rèn)設(shè)備油位正常，滿足取樣要求。2.2.3核對(duì)取樣設(shè)備和容器標(biāo)簽，用干凈大布將電氣設(shè)備放油閥門擦凈。2.2.4用專用工具擰開放油閥門防塵罩。2.2.5取油樣操作2.2.5.1將三通閥連接管與放油閥接頭連接，注射器與三通閥連接。2.2.5.2旋開放油閥螺絲，旋轉(zhuǎn)三通與注射器隔絕，放出設(shè)備死角處及放油閥的死油(大約500mL)，并收集于

18、廢油桶中。2.2.5.3旋轉(zhuǎn)三通與大氣隔絕，借助設(shè)備油的自然壓力使油注入注射器，以便濕潤(rùn)和沖洗注射器(注射器要沖洗2-3次)。2.2.5.4旋轉(zhuǎn)三通與設(shè)備本體隔絕，推注射器芯子使其排空。2.2.5.5旋轉(zhuǎn)三通與大氣隔絕，借助設(shè)備油的自然壓力使油緩緩進(jìn)入注射器中。2.2.5.6當(dāng)注射器中油樣達(dá)到50 mL80 mL左右時(shí)，立即旋轉(zhuǎn)三通與本體隔絕，從注射器上拔下三通，在密封膠帽內(nèi)的空氣泡被油置換之后，蓋在注射器的頭部，將注射器置于專用樣品箱內(nèi)。2.2.5.7擰緊放油閥螺絲及防塵罩，用大布擦凈取樣閥門周圍油污。2.2.5.8檢查油位應(yīng)正常，否則應(yīng)補(bǔ)油。1-連接管；2-三通閥；3-注射器圖7-4 用注

19、射器取樣示意圖2.3取氣樣步驟2.3.1取氣樣部位：氣體繼電器的放氣嘴。2.3.2核對(duì)取樣設(shè)備和容器標(biāo)簽，用注射器抽取少許本體油，潤(rùn)濕注射器后排空，蓋上密封膠帽，用干凈大布將放氣嘴擦凈。2.3.3取氣樣操作2.3.3.1將三通閥連接管與放氣嘴連接，注射器與三通閥連接。2.3.3.2旋轉(zhuǎn)三通與大氣隔絕，緩慢擰開放氣嘴，用氣體繼電器內(nèi)的氣體沖洗導(dǎo)通管及注射器。2.3.3.3旋轉(zhuǎn)三通與設(shè)備本體隔絕，推注射器芯子使其排空。(氣量少時(shí)可不進(jìn)行2、3步驟)2.3.3.4旋轉(zhuǎn)三通與大氣隔絕，借助氣體繼電器內(nèi)氣體的壓力使氣樣緩緩進(jìn)入注射器中。2.3.3.5當(dāng)注射器中氣樣達(dá)到6mL左右時(shí)，立即旋轉(zhuǎn)三通與本體隔絕

20、，從注射器上拔下三通，在密封膠帽內(nèi)的空氣泡被油置換之后，蓋在注射器的頭部，將注射器置于專用盒子內(nèi)。2.3.3.6擰緊放氣嘴。3.油樣保存和運(yùn)輸3.1取好的油樣應(yīng)放入專用樣品箱內(nèi)，在運(yùn)輸中應(yīng)盡量避免劇烈震動(dòng)，防止容器破碎，盡量避免空運(yùn)和避光。3.2注射器在運(yùn)輸和保存期間，應(yīng)保證注射器芯能自由滑動(dòng)，油樣放置不得超過(guò)4天。4.注意事項(xiàng)4.1取樣應(yīng)在晴天進(jìn)行，取樣后要求注射器芯子能自由活動(dòng)，以避免形成負(fù)壓空腔。4.2取完油樣后，清點(diǎn)工具，清理工作現(xiàn)場(chǎng)，將廢油及廢材料收回統(tǒng)一管理。4.3取油樣結(jié)束15min后應(yīng)對(duì)取樣閥門進(jìn)行檢查，確認(rèn)無(wú)滲漏油現(xiàn)象。4.4取樣時(shí)，使用工具適當(dāng)，避免造成閥門滑絲。4.5閥門

21、不宜打開過(guò)大，防止取樣閥門脫落造成事故。4.6應(yīng)遵守現(xiàn)場(chǎng)工作相關(guān)安全管理規(guī)程。二、檢測(cè)方法1.從油中脫出溶解氣體因?yàn)闅庀嗌V儀只能分析氣樣，所以必須從油中脫出溶解氣體。從油中脫氣方法很多，目前常用的脫氣方法有溶解平衡法和真空法兩種。在這兩種脫氣法中，溶解平衡法以其獨(dú)特的特點(diǎn)（如操作方便、儀器用品簡(jiǎn)單、工作介質(zhì)無(wú)毒安全以及準(zhǔn)確度高等）被列為對(duì)油樣脫氣的常規(guī)方法。1.1真空法根據(jù)取得真空的方法不同，真空法又分為水銀托里拆利真空法和機(jī)械真空法兩種，常用的是機(jī)械真空法。 機(jī)械真空法屬于不完全的脫氣方法，在油中溶解度越大的氣體脫出率越低，而在恢復(fù)常壓的過(guò)程中，氣體都有不同程度的回溶。溶解度越大的組分，回

22、溶越多。不同的脫氣裝置或同一裝置采用不同的真空度，將造成分析結(jié)果的差異。因此使用機(jī)械真空法脫氣，必須對(duì)脫氣裝置的脫氣率進(jìn)行校核。1.2溶解平衡法溶解平衡法也稱頂空脫氣法，目前使用的是機(jī)械振蕩方式，因此也稱機(jī)械振蕩法。其重復(fù)性和再現(xiàn)性均能滿足實(shí)驗(yàn)要求。該方法的原理是基于頂空色譜法原理(分配定律)。即在一恒溫恒壓條件下的油樣與洗脫氣體構(gòu)成的密閉系統(tǒng)內(nèi)，通過(guò)機(jī)械振蕩方法使油中溶解氣體在氣、液兩相達(dá)的分配平衡。通過(guò)測(cè)定氣體中各組分濃度，并根據(jù)分配定律和兩相平衡原理所導(dǎo)出的奧斯特瓦爾德（Ostwald）系數(shù)計(jì)算出油中溶解氣體各組分的濃度。對(duì)振蕩裝置的要求：頻率270280次/ min，振幅35+3mm，

23、控溫精度50±0.3，定時(shí)精度+2min，注射器放置時(shí)頭部比尾部高出5°，且出口嘴在下方，位置固定不動(dòng)。1.3脫氣裝置的操作要點(diǎn)為了提高脫氣效率和降低測(cè)試的最小檢知濃度，對(duì)真空脫氣法一般要求脫氣室體積和進(jìn)油樣體積相差越大越好。對(duì)溶解平衡法，在滿足分析進(jìn)樣量要求的前提下，應(yīng)注意選擇最佳的氣、液兩相體積比。脫氣裝置應(yīng)與取樣容器連接可靠，防止進(jìn)油時(shí)帶入空氣氣體自油中脫出后，應(yīng)盡快轉(zhuǎn)移到儲(chǔ)氣瓶或玻璃注射器中去，以免氣體與脫過(guò)氣的油接觸時(shí)，因各組分有選擇性地回溶而改變其組成。脫出的氣樣應(yīng)盡快進(jìn)行分析，避免長(zhǎng)時(shí)間地儲(chǔ)存而造成氣體逸散。要注意排凈前一個(gè)油樣在脫氣裝置中的殘油和殘氣，以免故

24、障氣含量較高的油樣污染下一個(gè)油樣。1.4實(shí)操案例：機(jī)械振蕩儀操作流程1.4.1貯氣玻璃注射器的準(zhǔn)備：取5ml玻璃注射器A，抽取少量試油沖洗器筒內(nèi)壁12次后，吸入約0.5ml試油，套上橡膠封帽，插入雙頭針頭，針頭垂直向上。將注射器內(nèi)的空氣和試油慢慢排出，使試油充滿注射器內(nèi)壁縫隙而不致殘存空氣。1.4.2試油體積調(diào)節(jié)：將100ml玻璃注射器B中油樣推出部分，準(zhǔn)確調(diào)節(jié)注射器芯至40.0ml刻度(40ml為推薦值，必要時(shí)也可調(diào)整試油體積),立即用橡膠封帽將注射器出口密封。為了排除封帽凹部?jī)?nèi)空氣，可用試油填充其凹部或在密封時(shí)先用手指壓扁封帽擠出凹部空氣后進(jìn)行密封。操作過(guò)程中應(yīng)注意防止空氣氣泡進(jìn)入油樣注射

25、器B內(nèi)。1.4.3加平衡載氣：取5ml玻璃注射器C，用氮?dú)猓ɑ驓鍤猓┣逑?2次，再準(zhǔn)確抽取5ml氮?dú)?或氬氣),然后將注射器C內(nèi)氣體緩慢注入有試油的注射器B內(nèi),操作示意如下圖。含氣量低的試油，可適當(dāng)增加注入平衡載氣體積，但平衡后氣相體積應(yīng)不超過(guò)5ml。一般分析時(shí)，采用氮?dú)庾銎胶廨d氣，如需測(cè)定氮組分，則要改用氬氣做平衡載氣。圖7-5 加氣操作示意圖1.4.4振蕩平衡：將注射器B放入恒溫定時(shí)振蕩器內(nèi)的振蕩盤上。注射器放置后,注射器頭部要高于尾部約5°，且注射器出口在下部（振蕩盤上按此要求設(shè)計(jì)制造）。啟動(dòng)振蕩器振蕩操作鈕，連續(xù)振蕩20min，然后靜止10min 。室溫在10以下時(shí)，振蕩前，

26、注射器B應(yīng)適當(dāng)預(yù)熱后，再進(jìn)行振蕩。1.4.5轉(zhuǎn)移平衡氣：將注射器B從振蕩盤中取出，并立即將其中的平衡氣體通過(guò)雙頭針頭轉(zhuǎn)移到注射器A內(nèi)。室溫下放置2min，準(zhǔn)確讀其體積Vg（準(zhǔn)確至0.1mL），以備色譜分析用。為了使平衡氣體完全轉(zhuǎn)移，也不吸入空氣，應(yīng)采用微正壓法轉(zhuǎn)移，即微壓注射器B的芯塞，使氣體通過(guò)雙針頭進(jìn)入注射器A。不允許使用抽拉注射器A芯塞的方法轉(zhuǎn)移平衡氣。注射器芯塞應(yīng)潔凈，以保證其活動(dòng)靈活。轉(zhuǎn)移氣體時(shí)，如發(fā)現(xiàn)注射器A卡澀時(shí)，可輕輕旋動(dòng)注射器A的芯塞。2.氣體檢測(cè)2.1氣相色譜檢測(cè)氣相色譜儀擔(dān)負(fù)著對(duì)樣品的分離、檢測(cè)，同時(shí)還對(duì)儀器的輔助部分如氣路、溫度等進(jìn)行精密控制，它的質(zhì)量好壞將直接影響分析

27、結(jié)果的準(zhǔn)確性。氣相色譜儀應(yīng)具備熱導(dǎo)檢測(cè)器（TCD）（測(cè)定氫氣、氧氣）、氫焰離子化檢測(cè)器（FID）（測(cè)定烴類、一氧化碳、二氧化碳?xì)怏w轉(zhuǎn)化成德甲烷）、鎳觸媒轉(zhuǎn)化器（將一氧化碳和二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲烷）。檢測(cè)靈敏度應(yīng)能滿足油中溶解氣體最小檢測(cè)濃度的要求。圖7-6 氣相色譜流程方框圖2.1.1氣相色譜儀主要組成模塊如下：2.1.1.1氣路控制模塊主要作用是為保證進(jìn)樣系統(tǒng)、色譜柱系統(tǒng)和檢測(cè)器的正常工作提供穩(wěn)定的載氣，另外為檢測(cè)器提供必需的燃?xì)?、助燃?xì)庖约坝嘘P(guān)輔助氣。氣路控制系統(tǒng)的好壞將直接影晌分離效率、穩(wěn)定性和靈敏度，從而直接影響定性定量的準(zhǔn)確性。氣路控制系統(tǒng)主要由開關(guān)閥、穩(wěn)壓閥、針型閥、切換閥、壓力表、流

28、量計(jì)等部件組成。2.1.1.2進(jìn)樣模塊主要作用是與各種形式的進(jìn)樣器相配合，使有關(guān)樣品快速、定量地送到各類型色譜柱上，進(jìn)行色譜分離。進(jìn)樣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、使用材料、進(jìn)樣溫度、進(jìn)樣時(shí)間、進(jìn)樣量及進(jìn)樣重復(fù)性都直接影響色譜分離和定量結(jié)果。2.1.1.3色譜柱色譜柱的作用是分離混合物樣品中的有關(guān)組分。色譜柱選用的正確與否，將直接影響分離效率、穩(wěn)定性和檢測(cè)靈敏度。2.1.1.4柱箱柱箱就是裝接和容納各種色譜柱的精密控溫的爐箱，為色譜柱提供精密溫控。2.1.1.5檢測(cè)器檢測(cè)器是氣相色譜儀的心臟部件，它的功能是把隨載氣流出色譜柱的各種組分進(jìn)行非電量轉(zhuǎn)換，將組分轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，便于記錄測(cè)量和處理。2.1.1.6檢測(cè)

29、電路每一種檢測(cè)器都必須對(duì)應(yīng)配套連接一個(gè)檢測(cè)器電路，例如最常用的氫焰離子化檢測(cè)器，就必須配置一個(gè)微電流放大器，熱導(dǎo)檢測(cè)器就必須配置一個(gè)電橋供電源（有直流穩(wěn)壓電源，也有直流恒流電源等）。2.1.1.7溫度控制模塊溫度是氣相色譜技術(shù)中十分重要的參數(shù)，一般氣相色譜儀中，至少應(yīng)有三路溫度控制。2.1.1.8色譜工作站/數(shù)據(jù)記錄儀一般色譜儀只是輸出樣品組分被檢測(cè)器轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)，因此需要在檢測(cè)電路輸出端連接一個(gè)對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行記錄和數(shù)據(jù)處理的裝置，色譜工作站就是實(shí)現(xiàn)這種功能的裝置，色譜儀必須和工作站或記錄儀配套使用。在氣相色譜儀的基本組成中，核心是色譜柱和檢測(cè)器兩大部分，氣相色譜儀中其它部分，如氣源、氣路控

30、制、檢測(cè)電路等部分都是為色譜柱和檢測(cè)器這二個(gè)核心部分服務(wù)的。2.1.1.9氣路流程常用的氣路流程有單針三檢測(cè)器、雙針雙檢測(cè)器、單針雙檢測(cè)器等。本教材以常用的單針三檢測(cè)器流程為例介紹操作方法。圖7-7 單針三檢測(cè)器氣路流程圖此流程一針進(jìn)樣后經(jīng)三個(gè)檢測(cè)器（TCD+雙FID）將變壓器油中組分全部檢測(cè)，即混合組分經(jīng)進(jìn)樣口進(jìn)樣，通過(guò)載氣經(jīng)柱頭分流，一路載氣通過(guò)高分子聚合物色譜柱分離，由FID1檢測(cè)出CH4、C2H4、C2H6、C2H2等烴類；另一路載氣經(jīng)碳分子篩柱由TCD檢測(cè)出H2、02再經(jīng)轉(zhuǎn)化爐將C0、C02轉(zhuǎn)化成CH4，然后將檢測(cè)器信號(hào)切換到FID2，由FID2檢測(cè)器檢測(cè)出CO、CO2組分。2.1.

31、2氣相色譜分析操作步驟2.1.2.1色譜儀開機(jī)1)檢查進(jìn)樣膠墊，若有漏氣隱患則更換。2)打開載氣、氫氣、空氣三路氣源，通氣10分鐘左右。3)通氣期間，檢查色譜儀工況，載氣壓力一般在0.1Mpa-0.2Mpa之間。如果壓力過(guò)高，則可能氣路有堵塞，如果壓力過(guò)低，則可能氣路有漏氣點(diǎn)。4)色譜儀的主要部件均需要工作在適宜的溫度下。柱箱溫度一般在60左右，以保證最佳的柱效率和分離度；熱導(dǎo)檢測(cè)器溫度一般比柱箱高10-20，以避免從色譜柱來(lái)的物質(zhì)在熱導(dǎo)檢測(cè)器中冷凝；氫焰檢測(cè)器溫度一般在100-200之間，以避免氫焰燃燒產(chǎn)生的水在檢測(cè)器中冷凝；轉(zhuǎn)化爐檢測(cè)器溫度一般在350左右，以保證鎳觸媒的最佳催化效率。 5

32、)氫焰檢測(cè)器溫度>100后，可對(duì)氫焰檢測(cè)器點(diǎn)火，會(huì)有輕微的爆鳴聲，以示點(diǎn)火成功。若不好點(diǎn)火時(shí)，可適當(dāng)加大氫氣流量。6)熱導(dǎo)檢測(cè)器溫度溫度后，可以加橋流。7)觀察工作站上的檢測(cè)器基線，穩(wěn)定后即可進(jìn)樣分析。2.1.2.2儀器的標(biāo)定氣相色譜儀采用外標(biāo)法計(jì)算樣品結(jié)果。用lmL玻璃注射器D準(zhǔn)確抽取已知各組分濃度Cis的標(biāo)準(zhǔn)混合氣0.5mL(或lmL)進(jìn)樣標(biāo)定。利用工作站確定各組分出峰時(shí)間并計(jì)算校正因子。標(biāo)定儀器應(yīng)在儀器運(yùn)行工況穩(wěn)定且相同的條件下進(jìn)行，兩次標(biāo)定的重復(fù)性應(yīng)在其平均值的±2以內(nèi)。每次試驗(yàn)均應(yīng)標(biāo)定儀器。至少重復(fù)操作兩次，取其平均值is(或is)。應(yīng)注意檢查標(biāo)氣的有效性，過(guò)期標(biāo)氣或

33、壓力過(guò)低的標(biāo)氣應(yīng)及時(shí)更換。標(biāo)氣的濃度應(yīng)正確輸入到色譜工作站軟件中。 圖2-9 標(biāo)樣圖譜3.試樣分析圖7-8 標(biāo)氣測(cè)定譜圖2.1.2.3 樣品測(cè)試油樣測(cè)試時(shí)需在工作站輸入試油體積、環(huán)境溫度、脫氣體積、大氣壓等工況參數(shù)。用lmL玻璃注射器D從注射器A或氣體繼電器氣體樣品中準(zhǔn)確抽取樣品氣1mL(或0.5mL)，進(jìn)樣分析。利用工作站確定各組分含量。樣品分析應(yīng)與儀器標(biāo)定應(yīng)由同一人使用同一支進(jìn)樣注射器，取相同進(jìn)樣體積。2.1.2.4 結(jié)果計(jì)算根據(jù)GB/T17623-1998“絕緣油中溶解氣體組分含量的氣相色譜測(cè)定法”提供的計(jì)算公式，計(jì)算特征氣體濃度結(jié)果。推薦使用專門的色譜工作站軟件，正確選擇脫氣方式，實(shí)現(xiàn)

34、自動(dòng)計(jì)算。2.2光聲光譜檢測(cè)油中溶解氣體光聲光譜檢測(cè)方法是：將樣品利用頂空平衡法將油中溶解的氣體分離，送到檢測(cè)器中，采用光聲光譜對(duì)氣體濃度進(jìn)行定量檢測(cè)，給出所有特征氣體及微水的測(cè)量結(jié)果。2.2.1儀器組成。光聲光譜檢測(cè)儀主要組成部分有脫氣模塊、測(cè)量模塊、輸出模塊、熱敏打印模塊等組模塊成。工作流程如下： 圖7-9 光聲光譜檢測(cè)流程圖2.2.1.1脫氣模塊。光聲光譜檢測(cè)儀采用的是“動(dòng)態(tài)頂空平衡法”進(jìn)行脫氣。在脫氣的過(guò)程中，采樣瓶?jī)?nèi)的磁力攪拌子不停的旋轉(zhuǎn)，攪動(dòng)油樣脫氣；析出的氣體經(jīng)過(guò)檢測(cè)裝置后返回采樣瓶的油樣中。在這個(gè)過(guò)程中，光聲光譜模塊間隔測(cè)量氣樣的濃度，當(dāng)前后測(cè)量的值一致時(shí)，認(rèn)為脫氣完畢。 如圖

35、所示:圖7-10 脫氣裝置示意圖2.2.1.2測(cè)量模塊。主要由紅外光源，調(diào)制解調(diào)盤、濾光器、微音檢測(cè)室等部件組成。紅外光源為單色光；調(diào)制解調(diào)盤作用是將紅外光轉(zhuǎn)換為窄帶光；利用濾光器上的光學(xué)濾片選擇性透過(guò)一定波長(zhǎng)的窄帶光；不同波長(zhǎng)的窄帶光針對(duì)不同特征組分進(jìn)行激發(fā)，引起溫度變化，產(chǎn)生壓力波動(dòng)；密閉微音檢測(cè)室的微音探測(cè)器可檢測(cè)到密閉空間里的壓力變化，并根據(jù)這種變化強(qiáng)度將其轉(zhuǎn)換成不同強(qiáng)度的電信號(hào)輸出。2.2.1.3輸出模塊。將輸出電信號(hào)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換處理，轉(zhuǎn)化為濃度信號(hào)，存入數(shù)據(jù)庫(kù)。2.2.1.4打印模塊。通過(guò)熱敏打印機(jī)，可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行打印。2.2.2測(cè)試步驟2.2.2.1儀器啟動(dòng)后輸入樣品信息，檢查

36、并確認(rèn)所有已經(jīng)進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)；2.2.2.2在取樣瓶加入磁力攪拌器（氣樣分析取樣瓶不需要磁力攪拌器）并密封瓶蓋后，進(jìn)行管路及溫度傳感器連接。 2.2.2.3可以選擇所需的吹掃時(shí)間，通常在5至20分鐘。默認(rèn)為5分鐘，但比較長(zhǎng)時(shí)間的采用空氣“吹掃”采樣瓶及整個(gè)氣路系統(tǒng)，有助于減少上一次檢測(cè)留有的殘余氣體對(duì)檢測(cè)的影響。2.2.2.4吹掃清洗完成后，儀器會(huì)自動(dòng)計(jì)算空樣瓶組合的氣體濃度，以提供一個(gè)零位參考作為選定的樣本瓶中的樣品測(cè)量氣體濃度。2.2.2.5樣品注射器連接專用進(jìn)樣接頭后，將50ml油樣(或5ml氣樣）緩緩注入樣品瓶?jī)?nèi)，并按確認(rèn)。 2.2.2.6油樣注入后，儀器隨即測(cè)量油樣溫度，目的在于避免測(cè)量

37、中可能的油蒸汽在儀器氣路內(nèi)凝結(jié)。當(dāng)溫差值顯示0.0°C時(shí)，儀器自動(dòng)開始攪動(dòng)采樣瓶?jī)?nèi)的磁性攪拌子。 2.2.2.7儀器開始進(jìn)行水分測(cè)量和溶解氣體濃度測(cè)量測(cè)量。2.2.2.8當(dāng)測(cè)量完成后，儀器顯示各種溶解的氣體組分含量。2.2.2.9根據(jù)需求打印測(cè)試結(jié)果。三、故障診斷技術(shù)1.故障診斷步驟1.1充油電氣設(shè)備故障診斷理論依據(jù)1.1.1故障下產(chǎn)氣的累積性：充油電氣設(shè)備的潛伏性故障所產(chǎn)生的可燃性氣體大部分會(huì)溶解于油。隨著故障的持續(xù)，這些氣體在油中不斷積累，直至飽和甚至析出氣泡。因此，油中故障氣體的含量即其累積程度是診斷故障的存在與發(fā)展情況的一個(gè)依據(jù)。1.1.2故障下產(chǎn)氣的加速性（即產(chǎn)氣速率）：正

38、常情況下充油電氣設(shè)備在熱和電場(chǎng)的作用下也會(huì)老化分解出少量的可燃性氣體，但產(chǎn)氣速率很緩慢。當(dāng)設(shè)備內(nèi)部存在故障時(shí)，就會(huì)加快這些氣體的產(chǎn)生速率。因此，故障氣體的產(chǎn)生速率，是診斷故障的存在與發(fā)展程度的另一依據(jù)。1.1.3故障下產(chǎn)氣的特征性：變壓器內(nèi)部在不同故障下產(chǎn)生的氣體有不同的特征。例如局部放電時(shí)其故障特征氣體是氫和甲烷；較高溫度的過(guò)熱時(shí)總會(huì)有乙烯，而電弧放電時(shí)也總會(huì)有氫、乙炔。因此，故障下產(chǎn)氣的特征性是診斷故障性質(zhì)的又一個(gè)依據(jù)。1.1.4氣體的溶解與擴(kuò)散：只要故障不是發(fā)展的特別迅速，故障下的產(chǎn)氣就會(huì)在油中溶解與擴(kuò)散，從取樣閥中取樣就具有均勻性、一致性和代表性。1.2充油電氣設(shè)備故障診斷步驟對(duì)于一個(gè)

39、有效的分析結(jié)果，應(yīng)按以下步驟進(jìn)行診斷：1）判定有無(wú)故障；2）判斷故障類型；3）診斷故障的狀況：如熱點(diǎn)溫度、故障功率、嚴(yán)重程度、發(fā)展趨勢(shì)以及油中氣體的飽和水平和達(dá)到氣體繼電器報(bào)警所需的時(shí)間等；4）提出相應(yīng)的處理措施：如能否繼續(xù)運(yùn)行，繼續(xù)運(yùn)行期間的技術(shù)安全措施和監(jiān)視手段（如確定跟蹤周期等），或是否需要內(nèi)部檢查修理等。 2.有無(wú)故障的判斷2.1注意值比較DLT722-2000變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則或GB/T7252-2001導(dǎo)則規(guī)定，對(duì)出廠和新投運(yùn)的變壓器和電抗器要求為：出廠試驗(yàn)前后的兩次分析結(jié)果，以及投運(yùn)前后的兩次分析結(jié)果不應(yīng)有明顯區(qū)別，氣體含量應(yīng)符合表7-2的要求；運(yùn)行中設(shè)備油中溶解氣

40、體的注意值，如表7-3和表7-4所示。這些規(guī)定是我們判定正常設(shè)備和懷疑有故障設(shè)備的主要法定標(biāo)準(zhǔn)。表7-2 導(dǎo)則對(duì)出廠和新投運(yùn)設(shè)備油中溶解氣體濃度的要求 （單位：LL）氣體變壓器和電抗器互感器套管氫<10<50<150乙炔000總烴<20<10<10表7-3 導(dǎo)則推薦變壓器、電抗器和套管油中溶解氣體濃度的注意值 （單位：LL）設(shè)備氣體組分含量330KV以上220KV以下變壓器和電抗器總烴150150乙炔15氫150150一氧化碳*二氧化碳*套管甲烷100100乙炔12氫500500注：1、該表所列數(shù)值不適用于從氣體繼電器放氣嘴取出的氣樣。 2、330kV及以上

41、電抗器當(dāng)出現(xiàn)痕量C2H2(小于1LL)時(shí)，也應(yīng)引起注意，如油中氣體出現(xiàn)異常，但判斷不會(huì)危及繞組和鐵心安全時(shí)，可以超注意值較大的情況下運(yùn)行。 *：對(duì)于CO和CO2的判斷，導(dǎo)則有專門論述。表7-4 導(dǎo)則推薦電流互感器和電壓互感器油中溶解氣體濃度的注意值（單位：LL）設(shè) 備氣體組分含 量設(shè) 備氣體組分含 量220KV以上110KV以下220KV以上110KV以下電 流互感器總 烴100100電 壓互感器總 烴100100乙 炔12乙 炔23氫150150氫1501502.2產(chǎn)氣速率比較2.2.1絕對(duì)產(chǎn)氣速率。即每運(yùn)行日產(chǎn)生某種氣體的平均值，按下式計(jì)算： （7-1）a絕對(duì)產(chǎn)氣速率，mLd；Ci2第二次

42、取樣測(cè)得油中組分i氣體濃度，L/L；Ci1第一次取樣測(cè)得油中組分i氣體濃度，L/L；t二次取樣時(shí)間間隔中的實(shí)際運(yùn)行時(shí)間，d；m設(shè)備總油量，t；表7-5 導(dǎo)則推薦變壓器和電抗器的絕對(duì)產(chǎn)氣速率的注意值 （單位：mLd）氣體組分開放式隔膜式氣體組分開放式隔膜式總 烴612一氧化碳50100乙 炔0.10.2二氧化碳100200氫510注：當(dāng)產(chǎn)氣速率達(dá)到注意值時(shí)，應(yīng)縮短檢測(cè)周期，進(jìn)行追蹤分析2.2.2相對(duì)產(chǎn)氣速率即每運(yùn)行月（或折算到月）某種氣體含量增加原有值的百分?jǐn)?shù)的平均值。按下式計(jì)算： （7-2）r相對(duì)產(chǎn)氣速率，/月；Ci2第二次取樣測(cè)得油中組分i氣體含量，L/L；Ci1第一次取樣測(cè)得油中組分i氣體

43、含量，L/L；t二次取樣時(shí)間間隔內(nèi)的實(shí)際運(yùn)行時(shí)間，月。相對(duì)產(chǎn)氣速率也可以用來(lái)判斷充油電氣設(shè)備內(nèi)部狀況，總烴的相對(duì)產(chǎn)氣速率大于10時(shí)應(yīng)引起注意。對(duì)總烴起始含量很低的設(shè)備不宜采用此判據(jù)。2.3氣體繼電器中自由氣體的分析判斷在氣體繼電器中聚集有游離氣體時(shí)使用平衡判據(jù)。所有故障的產(chǎn)氣率均與故障的能量釋放緊密相關(guān)。對(duì)于能量較低、氣體釋放緩慢的故障（如低溫?zé)狳c(diǎn)或局部放電），所生成的氣體大部分溶解于油中，就整體而言，基本處于平衡狀態(tài)；對(duì)于能量較大（如鐵心過(guò)熱）造成故障氣體發(fā)展較快，當(dāng)產(chǎn)氣速率大于溶解速率時(shí)可能形成氣泡。在氣泡上升的過(guò)程中，一部分氣體溶解于油中（并與已溶解于油中的氣體進(jìn)行交換），改變了所生成氣

44、體的組分和含量。未溶解的氣體和油中被置換出來(lái)的氣體，最終進(jìn)入繼電器而積累；對(duì)于有高能量的電弧性放電故障，迅速生成大量氣體，所形成的大量氣泡迅速上升并聚集在繼電器里，引起繼電器報(bào)警。這些氣體幾乎沒(méi)有機(jī)會(huì)與油中溶解氣體進(jìn)行交換，因而遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到平衡。如果長(zhǎng)時(shí)間留在繼電器中，某些組分，特別是電弧性故障產(chǎn)生的乙炔，很容易溶于油中，而改變繼電器里的自由氣體組分，以至導(dǎo)致錯(cuò)誤的判斷結(jié)果。因此當(dāng)氣體繼電器發(fā)出信號(hào)時(shí)，除應(yīng)立即取氣體繼電器中的自由氣體進(jìn)行色譜分析外，還應(yīng)同時(shí)取油樣進(jìn)行溶解氣體分析，并比較油中溶解氣體和繼電器中的自由氣體的濃度，用以判斷自由氣體與溶解氣體是否處于平衡狀態(tài)，進(jìn)而可以判斷故障的持續(xù)時(shí)間

45、和氣泡上升的距離。比較方法：首先要把自由氣體中各組分的濃度值利用各組分的奧斯特瓦爾德系數(shù)ki計(jì)算出平衡狀況下油中溶解氣體的理論值，再與從油樣分析中得到的溶解氣體組分的濃度值進(jìn)行比較。計(jì)算方法：Coiki×Cgi（7-3）式中：Coi油中溶解組分i濃度的理論值，LL； Cgi繼電器中自由氣體中組分的i濃度值，LL； ki組分i的奧斯特瓦爾德系數(shù)，見(jiàn)表2-13。判斷方法：（1）如果理論值和油中溶解氣體的實(shí)測(cè)值近似相等，可認(rèn)為氣體是在平衡條件下放出來(lái)的。這里有兩種可能：一種是故障氣體各組分濃度均很低，說(shuō)明設(shè)備是正常的。應(yīng)搞清這些非故障氣體的來(lái)源及繼電器報(bào)警的原因。另一種是溶解氣體濃度略高于

46、理論值則說(shuō)明設(shè)備存在產(chǎn)生氣體較緩慢的潛伏性故障。（2）如果氣體繼電器內(nèi)的自由氣體濃度明顯超過(guò)油中溶解氣體濃度，說(shuō)明釋放氣體較多，設(shè)備內(nèi)部存在產(chǎn)生氣體較快的故障。應(yīng)進(jìn)一步計(jì)算氣體的增長(zhǎng)率。（3）判斷故障類型的方法，原則上和油中溶解氣體相同，但是如上所述，應(yīng)將自由氣體濃度換算為平衡狀況下的溶解氣體濃度，然后計(jì)算比值。2.4判斷有無(wú)故障正常運(yùn)行下，充油電氣設(shè)備內(nèi)部的絕緣油和有機(jī)絕緣材料，在熱和電的作用下，會(huì)逐漸老化和分解，產(chǎn)生少量的各種低分子烴類氣體及一氧化碳、二氧化碳等氣體。在熱和電故障的情況下也會(huì)產(chǎn)生這些氣體，這兩種氣體來(lái)源在技術(shù)上不能區(qū)分，在數(shù)值上也沒(méi)有嚴(yán)格的界限。而且依賴于負(fù)荷、溫度、油中的

47、含水量、油的保護(hù)系統(tǒng)和循環(huán)系統(tǒng)，以及與取樣和測(cè)試的許多可變因素有關(guān)。因此在判斷設(shè)備是否存在故障及其故障的嚴(yán)重程度時(shí)，要根據(jù)設(shè)備運(yùn)行的歷史狀況和設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及外部環(huán)境等因素進(jìn)行綜合判斷。有時(shí)設(shè)備內(nèi)并不存在故障，而由于其他原因，在油中也會(huì)出現(xiàn)上述氣體，要注意這些可能引起誤判斷的氣體來(lái)源。在某些有些氣體可能情況下，不是設(shè)備故障造成的，例如油中含有水，可以與鐵作用生成氫氣過(guò)熱的鐵心層間油可膜裂解也生成氫。新的不銹部件中也可能在鋼加工過(guò)程中或焊接時(shí)吸附氫而又慢慢釋放到油中。特別是在溫度較高，油中溶解有氧時(shí)，設(shè)備中某些油漆（醇酸樹脂），在某些不銹鋼的催化下，甚至可能生成大量的氫。某些改型的聚酰亞胺型的

48、絕緣材料也可生成某些氣體而溶解于油中。油在陽(yáng)光照射下也可以生成某些氣體。設(shè)備檢修時(shí)暴露在空氣中的油可吸收空氣中的CO2等。這時(shí)，如果不真空注油，油中CO2的含量則與周圍環(huán)境的空氣有關(guān)。此外，還應(yīng)注意油冷卻系統(tǒng)附屬設(shè)備（如潛油泵）的故障產(chǎn)生的氣體也會(huì)進(jìn)入到變壓器本體的油中。某些操作也可生成故障氣體，例如：有載調(diào)壓變壓器中切換開關(guān)油室的油向變壓器主油箱滲漏，或極性開關(guān)在某個(gè)位置動(dòng)作時(shí)，懸浮電位放電的影響；設(shè)備曾經(jīng)有過(guò)故障，而故障排除后絕緣油未經(jīng)徹底脫氣，部分殘余氣體仍留在油中，或留在經(jīng)油浸漬的固體絕緣中；設(shè)備油箱帶油補(bǔ)焊；原注入的油就含有某些氣體等。這些氣體的存在一般不影響設(shè)備的正常運(yùn)行。但當(dāng)利用

49、氣體分析結(jié)果確定設(shè)備內(nèi)部是否存在故障及其嚴(yán)重程度時(shí)，要注意加以區(qū)分。3.故障類型判斷3.1特征氣體法根據(jù)油紙分解的基本原理和一些模擬試驗(yàn)結(jié)果，提出了以油中氣體組分，即特征氣體為焦點(diǎn)的判斷設(shè)備故障的各種方法，簡(jiǎn)稱為特征氣體法。表7-6 改進(jìn)的特征氣體法故障類型序號(hào)故障性質(zhì)特征氣體的特點(diǎn)熱性故障1過(guò)熱(低于500)總烴較高，CH4C2H4,C2H2占總烴的2%以下。2嚴(yán)重過(guò)熱（高于500）總烴高，C2H4CH4,C2H2占總烴的6%以下，H2一般占?xì)錈N總量的27%以下。3過(guò)熱故障在電路和磁路的判斷方法1、一般總烴較高，有幾百L/L，乙炔在1L/L以下，占2%總烴以下，乙炔增加慢，總烴增加的快，C2

50、H4 /C2H6比值較小，絕大多數(shù)情況下該比值為6以下，一般故障在磁路。 CH4H2的比值一般接近1。2、一般總烴高，有幾百L/L甚至更多，乙炔一般>4L/L，接近2%總烴，乙炔和總烴增加都快，C2H4 /C2H6比值也較高，并且C2H4的產(chǎn)氣速率往往高于CH4的產(chǎn)氣速率。一般故障在電路或外圍附件（一般為潛油泵電路有問(wèn)題）。 CH4H2的比值要大（一般大于 3）。電性故障4局部放電總烴不高，H2100L/L,并占?xì)錈N總量的90%以上，CH4占總烴的75%以上。H2/ CH4的比值10甚至超過(guò)20，在跟蹤分析時(shí)，二者同比增加。5火花放電總烴不高，C2H210L/L ，并且C2H2一般占總烴

51、的25%以上，H2一般占?xì)錈N總量的27%以上，C2H4占總烴的18%以下。6電弧放電總烴較高，C2H2/總烴為1030%，H2占?xì)錈N總量的27%以上；乙炔/總烴超過(guò)50%，即使是電弧放電，但前湊肯定是火花放電。過(guò)熱兼放電故障7過(guò)熱兼電弧放電總烴較高，C2H2占總烴的6%18%，H2占?xì)錈N總量的27%以下。3.2三比值法根據(jù)充油設(shè)備內(nèi)油、絕緣紙?jiān)诠收舷铝呀猱a(chǎn)生氣體組分含量的相對(duì)濃度與溫度的依賴關(guān)系，從5種特征氣體中選用兩種溶解度和擴(kuò)散系數(shù)相近的氣體組分組成三對(duì)比值，以不同的編碼表示；根據(jù)表7-7的編碼規(guī)則和表7-8的故障類型判斷方法作為診斷故障性質(zhì)的依據(jù)。這種方法消除了油的體積效應(yīng)影響，是判斷充

52、油電氣設(shè)備故障類型的主要方法，并可以得出對(duì)故障狀態(tài)較為可靠的診斷，據(jù)資料統(tǒng)計(jì)判斷準(zhǔn)確率可達(dá)97.1%。表7-7 DL/T722-2000（或GB/T7252-2001）的編碼規(guī)則特征氣體的比值比值范圍編碼說(shuō)明<0.1010例如：=1-3時(shí),編碼為1 =1-3時(shí)，編號(hào)為2 =1-3時(shí)，編號(hào)為10.1<11001<31213222表7-8 故障類型判斷方法編 碼 組 合故 障 類 型 判 斷故 障 事 例(參考)C2H2/C2H4CH4/C2H4C2H4/C2H6001低溫過(guò)熱(低于150)絕緣導(dǎo)線過(guò)熱，注意CO和CO2的含量，以及CO2/CO值20低溫過(guò)熱(150300)分接開

53、關(guān)接觸不良，引線夾件螺絲松動(dòng)或接頭焊接不良，渦流引起銅過(guò)熱，鐵芯漏磁，局部短路，層間絕緣不良，鐵芯多點(diǎn)接地等1中溫過(guò)熱(300700)0，1，22高溫過(guò)熱(高于700)10局部放電高濕度，高含氣量引起油中低能量密度的局部放量*0，10，1，2低能放電引線對(duì)電位未固定的部件之間連續(xù)火花放電，分接抽頭引線和油隙閃絡(luò)，不同電位之間的油中火花放電或懸浮電位之間的火花放電等2低能放電兼過(guò)熱0，1電弧放電繞組匝間、層間短路，相間閃絡(luò)、分接頭引線間油隙閃絡(luò)、引線對(duì)箱殼放電、繞組熔斷、分接開關(guān)飛弧，因環(huán)路電流引起電弧、引線對(duì)其他接地體放電等2電弧放電兼過(guò)熱注 *“010”也可能是由進(jìn)水對(duì)鐵腐蝕而產(chǎn)生高含量的氫

54、氣。這時(shí)有必要測(cè)定油中含水量。應(yīng)用三比值法的三項(xiàng)原則（1）只有根據(jù)氣體各組分含量的注意值或氣體增長(zhǎng)率的注意值有理由判斷設(shè)備可能存在故障時(shí)，氣體比值才是有效的，并應(yīng)予計(jì)算。對(duì)氣體含量正常，且無(wú)增長(zhǎng)趨勢(shì)的設(shè)備，比值沒(méi)有意義。（2）假如氣體的比值和以前的不同，可能有新的故障重疊在老故障或正常老化上。為了得到僅僅相應(yīng)于新故障的氣體比值，要從最后一次的分析結(jié)果中減去上一次的分析數(shù)據(jù)，并重新計(jì)算比值（尤其是在CO和CO2含量較大的情況下）。在進(jìn)行比較時(shí)要注意在相同的負(fù)荷和溫度等情況下并在相同的位置取樣。（3）由于溶解氣體分析本身存在的試驗(yàn)誤差，導(dǎo)致氣體比值也存在某些不確定性。利用DL/T722-2000和GB/T7252-2001導(dǎo)則所述的方法分析油中溶解氣體結(jié)果的重復(fù)性和再現(xiàn)性。對(duì)氣體濃度高于10L/L的氣體，兩次的測(cè)試誤差不應(yīng)大于平均值的10，而在計(jì)算氣體比值時(shí)，誤差將提高到20。當(dāng)氣體濃度低于1OL/L時(shí)，誤差會(huì)更大，使比值的精確度迅速降低。因此在使用三比值法判斷設(shè)備故障性質(zhì)時(shí)，應(yīng)注意各種可能降低精確度的因素。尤其是對(duì)正常值普遍較低的電壓互感器、電流互感器和套管，更要注意這種情況。3.3回歸分析法許多故障，